一种基于银开口谐振环超表面的中红外超宽带吸波器.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113708084A(43)申请公布日2021.11.26(21)申请号202110888673.5(22)申请日2021.08.01(71)申请人桂林电子科技大学地址541004广西壮族自治区桂林市桂林金鸡路1号(72)发明人杨宏艳李正凯梅梓洋魏小玉苑立波(51)Int.Cl.H01Q17/00(2006.01)H01Q15/00(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图3页(54)发明名称一种基于银开口谐振环超表面的中红外超宽带吸波器(57)摘要本发明公开一种基于银开口谐振环超表面的中红外超宽带吸波器，其中包括开口谐振环、硅层、氮化硅层、二氧化硅层、金属银镜组成。开口谐振环在氮化硅层表面呈方阵形式排列，并被硅层所覆盖。本发明吸波器具有超宽带的吸波范围，大于90％吸收率的绝对带宽为14.5um(9.1um～23.6um)，相对带宽约为88.7％，涉及波段为红外光谱中红外范围。本发明结构简单、材料成本低，能够将光场有效的束缚在器件内部，且能在气体至大部分液体折射率环境中使用，具有应用范围广、鲁棒性好、易于小型化和高集成度等特点，在中红外完美吸波器件中有潜在的应用价值。CN113708084ACN113708084A权利要求书1/1页1.一种基于银开口谐振环超表面的中红外超宽带吸波器，其特征在于：包括开口谐振环(1)，硅层(2)，氮化硅层(3)，二氧化硅层(4)，金属银镜(5)。氮化硅层(3)上铺有周期排列的开口谐振环(1)，每个单元周期的开口谐振环(1)由两个完全一致的银半圆环(1‑1、1‑3)和一根过两银半圆环圆心的银条带(1‑2)连接，银条带(1‑2)位于单元结构的正中心，平行于x轴，连接两银半圆环(1‑1、1‑3)；所有的开口谐振环单元结构均在氮化硅层上呈方阵周期排列。x方向极化的入射光从硅层2的上表面垂直向下(z轴正方向)入射。2.根据权利要求1所述一种基于银开口谐振环超表面的中红外超宽带吸波器，其特征在于：开口谐振环的两银半圆环完全一致，且关于y轴对称。3.根据权利要求1所述一种基于银开口谐振环超表面的中红外超宽带吸波器，其特征在于：开口谐振环的银条带位于单元结构的正中心，平行于x轴，连接两银半圆环。4.根据权利要求1所述一种基于银开口谐振环超表面的中红外超宽带吸波器，其特征在于：开口谐振环高度介于10nm～60nm。5.据权利要求1所述一种基于银开口谐振环超表面的中红外超宽带吸波器，其特征在于：开口谐振环线宽介于10nm～60nm。6.据权利要求1所述一种基于银开口谐振环超表面的中红外超宽带吸波器，其特征在于：开口谐振环单元周期宽度介于1050nm～1300nm。7.根据权利要求1所述一种基于银开口谐振环超表面的中红外超宽带吸波器，其特征在于：环境折射率介于1～1.65。2CN113708084A说明书1/3页一种基于银开口谐振环超表面的中红外超宽带吸波器(一)技术领域[0001]本发明涉及微纳光电子器件领域，具体是一种基于金属超表面的中红外超宽带完美吸波器。(二)背景技术[0002]超表面是指由亚波长晶胞构成的且具有超凡电磁特性的人工二维材料。超表面可实现对电磁波偏振、振幅、相位、极化方式、传播模式等特性的灵活有效调控。根据组成材料的不同，超表面可分为金属超表面和介质超表面，其核心思想是通过人为构造的方式，将一些亚波长单元结构以周期或非周期的形式排列起来，从而可以实现自然材料所不具备的特殊电磁特性。由于其独特的亚波长表面结构，使其在用于光与物质相互作用时展现出了优异的光学特性。近年来，由于微纳加工技术的进步，超表面被广泛地应用于超灵敏生物化学传感器、慢光器件、光学调制器件等。[0003]金属纳米颗粒在平面光照射下，其费米能级附近导带上的自由电子打破平衡发生集体振荡，产生局域表面等离激元(LocalizedSurfacePlasmons，LSPs)。当入射光频率与自由电子振荡频率匹配时就会形成局域表面等离激元共振(LocalizedSurfacePlasmonsResonance，LSPR)，实现纳米尺度下电磁场能量的局域增强和调控。[0004]一般来说，中红外辐射通常被定义为波长处于2.5‑25um的电磁波，其不仅可用于分子含量的检测和分子类型的鉴定，还可以实现分子的成像等。分子是由两个或多个原子通过化学键结合而成，除了和原子一样有电子能态外，分子中的原子之间存在振动和相对转动，不同原子之间及不同模式的振动频率不同，可以通过特定的官能团具有的各自独特的能态来识别各种材料。对于振动能态的探测，可以使用红外光，例如近红外或中红外光。由于中红外光可以与基频振动共振，因此可获得更强的光谱吸收强度和更多的识别特征。基于以上特点，中红外吸波器在